JP2000332529A - 平面アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 円形又は方形パッチ状の放射素子を用い
て容易に小型化及び広帯域化を実現すること。 【解決手段】 平面アンテナ１００を、全体が平面形状
を成すように地導体１０１と放射素子１０３との間に誘
電体基板１０２を介装し、この誘電体基板１０２の給電
点に容量性の集中定数回路１０４を介して給電線１０６
を接続して構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、全体が平面形状を
成すように、地導体と放射素子との間に誘電体基板を介
装し、この誘電体基板に給電線を介して給電を行う平面
アンテナに関し、特に移動体通信システムにおける携帯
電話機、情報端末機、及びナビゲーション端末機などの
移動局に用いて好適な平面アンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】平面アンテナは、その特性からコンパク
トに構成することが可能であるが、近年、携帯電話機等
の通信装置が普及の一途を辿り、更なる小型化が要望さ
れており、それに伴い平面アンテナの更なる小型化が要
望されている。

【０００３】従来、平面アンテナとしては、特開平５−
５５８２０号公報に記載されているものがある。この平
面アンテナは、リング状の放射素子を有するストリップ
アンテナを用いて構成されたものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
装置においては、平面アンテナの構成要素である通常の
円形又は方形パッチ状の放射素子の大きさが、送受信周
波数に応じて決定されるので、それ以上、小型化できな
いという問題がある。

【０００５】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、円形又は方形パッチ状の放射素子を用いて容易に
小型化及び広帯域化を実現することができる平面アンテ
ナを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、全体が平面形
状を成すように地導体と放射素子との間に誘電体基板を
介装し、この誘電体基板の給電点に容量性の集中定数回
路を介して給電線を接続して構成する。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の第１の態様は、地導体
と、放射素子と、前記地導体と前記放射素子との間に介
装された誘電体基板と、この誘電体基板の給電点に容量
性の集中定数回路を介して接続された給電線と、を具備
する構成を採る。

【０００８】この構成によれば、送受信周波数に応じた
長さよりも短い放射素子でも、集中定数回路の集中定数
によってインピーダンスのリアクタンス成分を０とする
ことができ、これによって平面アンテナを小型化するこ
とができる。

【０００９】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、集中定数回路と給電線との間に、前記集中定数回路
を介した放射素子と前記給電線との整合を取るストリッ
プラインを介装する構成を採る。

【００１０】この構成によれば、インピーダンスの抵抗
成分に応じて動作点が限定されることがなくなり、動作
点を更に給電側の位置にずらすことができ、これによっ
て放射素子の長さを第１の態様よりも更に短くすること
ができる。

【００１１】本発明の第３の態様は、地導体と、放射素
子と、前記地導体と前記放射素子との間に介装された誘
電体基板と、この誘電体基板の給電点に容量性の分布定
数回路を介して接続された給電線と、を具備する構成を
採る。

【００１２】この構成によれば、送受信周波数に応じた
長さよりも短い放射素子でも、分布定数回路の分布定数
によってインピーダンスのリアクタンス成分を０とする
ことができ、これによって平面アンテナを小型化するこ
とができる。

【００１３】本発明の第４の態様は、第３の態様におい
て、分布定数回路と給電線との間に、前記分布定数回路
を介した放射素子と前記給電線との整合を取るストリッ
プラインを介装する構成を採る。

【００１４】この構成によれば、インピーダンスの抵抗
成分に応じて動作点が限定されることがなくなり、動作
点を更に給電側の位置にずらすことができ、これによっ
て放射素子の長さを第３の態様よりも更に短くすること
ができる。

【００１５】本発明の第５の態様は、地導体と、放射素
子と、前記地導体と前記放射素子との間に介装された誘
電体基板と、この誘電体基板の給電点に可変容量素子を
介して接続された給電線と、を具備する構成を採る。

【００１６】この構成によれば、可変容量素子のリアク
タンス成分を可変して動作点を移動させることによっ
て、任意の送受信周波数に同調させることができ、これ
によって平面アンテナの広帯域化を実現することができ
る。

【００１７】本発明の第６の態様は、第５の態様におい
て、可変容量素子と給電線との間に、前記可変容量素子
を介した放射素子と前記給電線との整合を取るストリッ
プラインを介装する構成を採る。

【００１８】この構成によれば、インピーダンスの抵抗
成分に応じて動作点が限定されることがなくなり、動作
点を更に給電側の位置にずらすことができ、これによっ
て第５の態様よりも、更に平面アンテナの広帯域化を実
現することができる。

【００１９】本発明の第７の態様は、移動局装置に、第
１の態様乃至第６の態様いずれかに記載の平面アンテナ
を具備する構成を採る。

【００２０】この構成によれば、基地局装置において、
第１の態様乃至第６の態様いずれかと同様の作用効果を
得ることができる。

【００２１】本発明の第８の態様は、移動体通信システ
ムに、第７の態様記載の移動局装置を具備する構成を採
る。

【００２２】この構成によれば、移動体通信システムに
おいて、第１の態様乃至第６の態様いずれかと同様の作
用効果を得ることができる。

【００２３】以下、本発明の実施の形態について、図面
を参照して詳細に説明する。

【００２４】（実施の形態１）図１は、本発明の実施の
形態１に係る平面アンテナの構成図である。

【００２５】この図１に示す平面アンテナ１００は、方
形パッチ状を成しており、地導体１０１と、この地導体
１０１の上に形成された誘電体基板１０２と、この誘電
体基板１０２の上に形成された放射素子１０３と、地導
体１０１の上に形成された容量性の集中定数回路１０４
と、誘電体基板１０２の給電点１０５に集中定数回路１
０４を介して接続された給電線１０６とを備えて構成さ
れている。但し、集中定数回路１０４には、コンデンサ
等が用いられる。

【００２６】このような構成の平面アンテナ１００の動
作原理を、図２を参照して説明する。図２は平面アンテ
ナのインピーダンスＺと放射素子の長さａとの関係図で
ある。

【００２７】この図２において、曲線２０１はインピー
ダンスＺ（Ｚ＝Ｒ＋ｊＸ）の抵抗成分Ｒを示すものであ
り、曲線２０２はインピーダンスＺのリアクタンス成分
Ｘを、曲線２０３は集中定数回路１０４を用いた場合の
リアクタンス成分Ｘ１を示すものである。

【００２８】従来の平面アンテナでは、集中定数回路１
０４が用いられていないので、動作点は、符号２０４で
示すように、送受信周波数に応じた放射素子の長さａの
抵抗成分Ｒが最大値Ｒ１を取ってリアクタンス成分Ｘが
０となる位置となり、この位置に給電点が設定される。
これによって、同調が取れる放射素子の長さａが限定さ
れていた。

【００２９】実施の形態１の平面アンテナ１００におい
ては、抵抗成分Ｒが任意の値Ｒ２を取る場合のリアクタ
ンス成分Ｘ２を打ち消すリアクタンス成分Ｘ３の集中定
数回路１０４が、給電線１０６に介装されている。

【００３０】つまり、集中定数回路１０４を介装するこ
とによって、動作点を、符号２０５で示す給電側の位置
にずらすことができる。

【００３１】これは、リアクタンス成分Ｘ２が集中定数
回路１０４のリアクタンス成分Ｘ３で打ち消されるの
で、リアクタンス成分が０となるからであり、これによ
って、放射素子１０３の長さａを短くすることができ
る。

【００３２】このように、実施の形態１の平面アンテナ
１００によれば、全体が平面形状を成すように地導体１
０１と放射素子１０３との間に誘電体基板１０２を介装
し、この誘電体基板１０２の給電点に容量性の集中定数
回路１０４を介して給電線１０６を接続して構成したの
で、送受信周波数に応じた長さよりも短い放射素子１０
３でも、集中定数回路１０４の集中定数によってインピ
ーダンスのリアクタンス成分を０とすることができ、こ
れによって平面アンテナを小型化することができる。

【００３３】（実施の形態２）図３は、本発明の実施の
形態２に係る平面アンテナの構成図である。但し、この
図３に示す実施の形態２において図１の実施の形態１の
各部に対応する部分には同一符号を付し、その説明を省
略する。

【００３４】この図３に示す実施の形態２の平面アンテ
ナ３００が、実施の形態１の平面アンテナ１００と異な
る点は、地導体１０１の上に集中定数回路１０４と給電
線１０６とを接続するストリップライン３０１を形成し
た点にある。

【００３５】ストリップライン３０１は、図４に示すよ
うに、その幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３が集中定数回路１０４か
ら給電線１０６に向かって階段状に広がる第１〜第３ラ
イン４０１，４０２，４０３から形成されている。

【００３６】各ライン４０１，４０２，４０３のインピ
ーダンスをＺ１，Ｚ２，Ｚ３とすると、第２ライン４０
２のインピーダンスがＺ２＝√（Ｚ１×Ｚ３）で、且つ
第２ライン４０２の長さ＝λ／４となるようにストリッ
プライン３０１を形成すれば、第１ライン４０１と第３
ライン４０３との整合が取れ、これに応じて集中定数回
路１０４を介した放射素子１０３と給電線１０６との整
合が取れる。つまり、平面アンテナ３００のインピーダ
ンスＺの整合を、ストリップライン３０１によって取る
ことができる。但し、λは送受信周波数の波長とする。

【００３７】このように、実施の形態２の平面アンテナ
３００によれば、実施の形態１の構成に加え、集中定数
回路１０４と給電線１０６との間に、集中定数回路１０
４を介した放射素子１０３と給電線１０６との整合を取
るストリップライン３０１を介装したので、実施の形態
１のように、インピーダンスＺの抵抗成分に応じて動作
点が限定されることがなくなり、動作点を更に給電側の
位置にずらすことができ、これによって放射素子１０３
の長さａを実施の形態１よりも更に短くすることができ
る。

【００３８】（実施の形態３）図５は、本発明の実施の
形態３に係る平面アンテナの構成図である。但し、この
図５に示す実施の形態３において図１の実施の形態１の
各部に対応する部分には同一符号を付し、その説明を省
略する。

【００３９】この図５に示す実施の形態３の平面アンテ
ナ５００が、実施の形態１の平面アンテナ１００と異な
る点は、集中定数回路１０４に代え、容量性の分布定数
回路５０１を備えて構成した点にある。

【００４０】この分布定数回路５０１は、図６に示すよ
うに、例えば２枚の銅板等の基板６０１，６０２を平行
に所定間隔離して構成したものであり、各基板６０１，
６０２間の距離をｄ、基板６０１，６０２の面積をＳ、
誘電率をεとすると、容量Ｃは、Ｃ＝ε×Ｓ／ｄで表さ
れる。

【００４１】このような平面アンテナ５００において
は、分布定数回路５０１を介装することによって、図２
に示すように、動作点を、符号２０５で示す位置、即ち
抵抗成分Ｒが任意の値Ｒ２を取ってリアクタンス成分が
Ｘ２となる給電側の位置にずらすことができる。

【００４２】これは、リアクタンス成分Ｘ２が分布定数
回路５０１のリアクタンス成分Ｘ３で打ち消されるの
で、リアクタンス成分が０となるからであり、これによ
って、放射素子１０３の長さａを短くすることができ
る。

【００４３】このように、実施の形態３の平面アンテナ
５００によれば、全体が平面形状を成すように地導体１
０１と放射素子１０３との間に誘電体基板１０２を介装
し、この誘電体基板１０２の給電点に容量性の分布定数
回路５０１を介して給電線１０６を接続して構成したの
で、送受信周波数に応じた長さよりも短い放射素子１０
３でも、分布定数回路５０１の分布定数によってインピ
ーダンスのリアクタンス成分を０とすることができ、こ
れによって平面アンテナを小型化することができる。

【００４４】（実施の形態４）図７は、本発明の実施の
形態４に係る平面アンテナの構成図である。但し、この
図７に示す実施の形態４において図５の実施の形態３の
各部に対応する部分には同一符号を付し、その説明を省
略する。

【００４５】この図７に示す実施の形態４の平面アンテ
ナ７００が、実施の形態３の平面アンテナ５００と異な
る点は、地導体１０１の上に分布定数回路５０１と給電
線１０６とを接続するストリップライン３０１を形成し
た点にある。

【００４６】但し、ストリップライン３０１は、上記で
図４を参照して説明したように、その幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ
３が集中定数回路１０４から給電線１０６に向かって階
段状に広がる第１〜第３ライン４０１，４０２，４０３
から形成されている。

【００４７】各ライン４０１，４０２，４０３のインピ
ーダンスをＺ１，Ｚ２，Ｚ３とすると、第２ライン４０
２のインピーダンスがＺ２＝√（Ｚ１×Ｚ３）で、且つ
第２ライン４０２の長さ＝λ／４となるようにストリッ
プライン３０１を形成すれば、第１ライン４０１と第３
ライン４０３との整合が取れ、これに応じて分布定数回
路５０１を介した放射素子１０３と給電線１０６との整
合が取れる。

【００４８】つまり、平面アンテナ３００のインピーダ
ンスＺの整合を、ストリップライン３０１によって取る
ことができる。

【００４９】このように、実施の形態４の平面アンテナ
７００によれば、実施の形態３の構成に加え、分布定数
回路５０１と給電線１０６との間に、分布定数回路５０
１を介した放射素子１０３と給電線１０６との整合を取
るストリップライン３０１を介装したので、実施の形態
３のように、インピーダンスＺの抵抗成分に応じて動作
点が限定されることがなくなり、動作点を更に給電側の
位置にずらすことができ、これによって放射素子１０３
の長さａを実施の形態３よりも更に短くすることができ
る。

【００５０】（実施の形態５）図８は、本発明の実施の
形態５に係る平面アンテナの構成図である。但し、この
図８に示す実施の形態５において図１の実施の形態１の
各部に対応する部分には同一符号を付し、その説明を省
略する。

【００５１】この図８に示す実施の形態５の平面アンテ
ナ８００が、実施の形態１の平面アンテナ１００と異な
る点は、集中定数回路１０４に代え、可変容量素子８０
１を備えて構成した点にある。

【００５２】このような構成の平面アンテナ８００の動
作原理を、図９を参照して説明する。図９は平面アンテ
ナのインピーダンスＺと周波数ｆとの関係図である。

【００５３】この図９において、曲線９０１はインピー
ダンスＺ（Ｚ＝Ｒ＋ｊＸ）の抵抗成分Ｒを示すものであ
り、曲線９０２はインピーダンスＺのリアクタンス成分
Ｘを、曲線９０３は可変容量素子８０１を用いた場合の
リアクタンス成分Ｘｎを示すものである。

【００５４】従来の平面アンテナでは、可変容量素子８
０１が用いられていないので、動作点は、符号９０４で
示すように、送受信周波数に応じた放射素子の長さａの
抵抗成分Ｒが最大値Ｒ１を取ってリアクタンス成分Ｘが
０となる位置となり、この位置に給電点が設定される。
これによって、同調が取れる送受信周波数が限定されて
いた。

【００５５】実施の形態５の平面アンテナ８００におい
ては、抵抗成分Ｒが任意の値Ｒ３を取る場合のリアクタ
ンス成分Ｘ５を打ち消すリアクタンス成分Ｘ６に可変容
量素子８０１を設定することによって、動作点を、符号
９０５で示す給電側の位置にずらすことができる。これ
は、リアクタンス成分Ｘ５が可変容量素子８０１のリア
クタンス成分Ｘ６で打ち消されるので、リアクタンス成
分が０となるからである。

【００５６】このように、可変容量素子８０１のリアク
タンス成分Ｘｎを可変して動作点を移動させることによ
って、任意の送受信周波数に同調させることができる。

【００５７】このように、実施の形態５の平面アンテナ
８００によれば、全体が平面形状を成すように地導体１
０１と放射素子１０３との間に誘電体基板１０２を介装
し、この誘電体基板１０２の給電点に可変容量素子８０
１を介して給電線１０６を接続して構成したので、可変
容量素子８０１のリアクタンス成分Ｘｎを可変して動作
点を移動させることによって、任意の送受信周波数に同
調させることができ、これによって平面アンテナ８００
の広帯域化を実現することができる。

【００５８】（実施の形態６）図１０は、本発明の実施
の形態６に係る平面アンテナの構成図である。但し、こ
の図１０に示す実施の形態６において図８の実施の形態
５の各部に対応する部分には同一符号を付し、その説明
を省略する。

【００５９】この図１０に示す実施の形態６の平面アン
テナ１０００が、実施の形態５の平面アンテナ８００と
異なる点は、地導体１０１の上に可変容量素子８０１と
給電線１０６とを接続するストリップライン３０１を形
成した点にある。

【００６０】但し、ストリップライン３０１は、上記で
図４を参照して説明したように、その幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ
３が可変容量素子８０１から給電線１０６に向かって階
段状に広がる第１〜第３ライン４０１，４０２，４０３
から形成されている。

【００６１】各ライン４０１，４０２，４０３のインピ
ーダンスをＺ１，Ｚ２，Ｚ３とすると、第２ライン４０
２のインピーダンスがＺ２＝√（Ｚ１×Ｚ３）で、且つ
第２ライン４０２の長さ＝λ／４となるようにストリッ
プライン３０１を形成すれば、第１ライン４０１と第３
ライン４０３との整合が取れ、これに応じて放射素子１
０３と給電線１０６との整合が取れる。

【００６２】つまり、平面アンテナ１０００のインピー
ダンスＺの整合を、ストリップライン３０１によって取
ることができる。

【００６３】このように、実施の形態６の平面アンテナ
１０００によれば、実施の形態５の構成に加え、可変容
量素子８０１と給電線１０６との間に、放射素子１０３
と給電線１０６との整合を取るストリップライン３０１
を介装したので、実施の形態５のように、インピーダン
スＺの抵抗成分に応じて動作点が限定されることがなく
なり、動作点を更に給電側の位置にずらすことができ、
これによって実施の形態５よりも、更に平面アンテナ１
０００の広帯域化を実現することができる。

【００６４】なお、以上では、方形パッチ状の平面アン
テナを例に説明したが、これに限定されるものでなく、
全ての形状の放射素子に適用可能である。また、このよ
うな平面アンテナは、移動体通信システムにおける携帯
電話機、情報端末機、及びナビゲーション端末機などの
移動局装置に適用することができる。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
円形又は方形パッチ状の放射素子を用いて容易に小型化
及び広帯域化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る平面アンテナの構
成図

【図２】上記実施の形態１に係る平面アンテナのインピ
ーダンスと放射素子の長さとの関係図

【図３】本発明の実施の形態２に係る平面アンテナの構
成図

【図４】上記実施の形態２に係る平面アンテナのストリ
ップラインの構成図

【図５】本発明の実施の形態３に係る平面アンテナの構
成図

【図６】上記実施の形態３に係る平面アンテナの分布定
数回路の構成図

【図７】本発明の実施の形態４に係る平面アンテナの構
成図

【図８】本発明の実施の形態５に係る平面アンテナの構
成図

【図９】上記実施の形態５に係る平面アンテナのインピ
ーダンスと周波数との関係図

【図１０】本発明の実施の形態６に係る平面アンテナの
構成図

【符号の説明】

１００，３００，５００，７００，８００，１０００
平面アンテナ １０１ 地導体 １０２ 誘電体基板 １０３ 放射素子 １０４ 容量性の集中定数回路 １０５ 給電点 １０６ 給電線 ３０１ ストリップライン ５０１ 容量性の分布定数回路 ８０１ 可変容量素子

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地導体と、放射素子と、前記地導体と前
   記放射素子との間に介装された誘電体基板と、この誘電
   体基板の給電点に容量性の集中定数回路を介して接続さ
   れた給電線と、を具備することを特徴とする平面アンテ
   ナ。
2. 【請求項２】 集中定数回路と給電線との間に、前記集
   中定数回路を介した放射素子と前記給電線との整合を取
   るストリップラインを介装することを特徴とする請求項
   １記載の平面アンテナ。
3. 【請求項３】 地導体と、放射素子と、前記地導体と前
   記放射素子との間に介装された誘電体基板と、この誘電
   体基板の給電点に容量性の分布定数回路を介して接続さ
   れた給電線と、を具備することを特徴とする平面アンテ
   ナ。
4. 【請求項４】 分布定数回路と給電線との間に、前記分
   布定数回路を介した放射素子と前記給電線との整合を取
   るストリップラインを介装することを特徴とする請求項
   ３記載の平面アンテナ。
5. 【請求項５】 地導体と、放射素子と、前記地導体と前
   記放射素子との間に介装された誘電体基板と、この誘電
   体基板の給電点に可変容量素子を介して接続された給電
   線と、を具備することを特徴とする平面アンテナ。
6. 【請求項６】 可変容量素子と給電線との間に、前記可
   変容量素子を介した放射素子と前記給電線との整合を取
   るストリップラインを介装することを特徴とする請求項
   ５記載の平面アンテナ。
7. 【請求項７】 請求項１乃至請求項６いずれかに記載の
   平面アンテナを具備することを特徴とする移動局装置。
8. 【請求項８】 請求項７記載の移動局装置を具備するこ
   とを特徴とする移動体通信システム。